紫外光照和Fe(Ⅲ)存在下苯酚氧化与Cr(Ⅵ)还原的协同作用

研究了紫外光照下Fe(Ⅲ)为光催化剂促进苯酚(C6H5OH)与Cr(Ⅵ)氧化还原反应作用机制及其影响因素。结果表明:200μmol·L-1Fe(Ⅲ)存在下初始浓度为200μmol·L-1苯酚的氧化速率和初始浓度为200μmol·L-1Cr(Ⅵ)的还原速率均得到明显提高,平均速率分别为3.4和4.0μmol·L-1·min-1,均比无Fe(Ⅲ)时的速率提高了1倍;降低溶液pH值有利于反应速率的增加,但温度的变化对反应速率影响不显著。增加初始Fe(Ⅲ)和苯酚浓度,同样能有效提高Cr(Ⅵ)的还原速率。Cr(Ⅵ)还原和苯酚的氧化均符合一级反应动力学规律。     

硫掺杂零价铁去除Cr(Ⅵ)的机理及环境影响因素

为提高对六价铬[Cr_2O_7~(2-),Cr(Ⅵ)]的去除能力,采用硫代硫酸钠对零价铁(ZVI)进行改性。采用吸附实验研究所制备的硫化零价铁(S-ZVI)在不同环境条件下对溶液中Cr(Ⅵ)的去除能力,结合对材料的表征分析,探讨了S-ZVI去除Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:硫掺杂后形成FeSx并覆盖在ZVI表层,所得S-ZVI的表面积约为ZVI的2倍。硫化改性有效地提高了材料对水体中Cr(Ⅵ)的吸附和还原能力。在pH为3时的吸附数据更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,其中S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除量约为ZVI的3倍。反应后材料的解吸实验和XPS分析显示Cr(Ⅵ)大部分被还原为Cr(Ⅲ),并进一步被吸附沉淀。硫化改性提高了ZVI的导电能力,从而提高了ZVI在Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递速率。低pH值和高温更有利于两种吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除,而腐植酸(HA)抑制Cr(Ⅵ)的去除。因此,S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除包括还原、吸附和共沉淀机制,S-ZVI较好的性能可能与其良好的电化学特性和较大的表面积有关。     

过渡金属离子Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用

25 ℃和pH 30～50条件下,研究了Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用.结果表明:避光条件下,Mn(Ⅱ)对草酸还原Cr(Ⅵ)有显著的催化作用,光照下其催化作用进一步得到提高.然而,避光条件下Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(VI)的影响甚微,但在光照条件下,Fe(Ⅲ)表现出极优越的催化作用.溶液pH值和照射光波长对反应有显著影响,Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的催化作用随pH值提高而减弱;紫外光照射下两金属离子的催化作用大于模拟日光照射的.因此,本研究结果对由Cr(Ⅵ)引起的土壤和水的污染治理具有理论和实践指导意义.     

奥奈达希瓦氏菌MR-1的Fe(Ⅲ)还原特性及其影响因素

研究奥奈达希瓦氏菌MR-1的Fe(Ⅲ)还原特性,并考察不同电子供体、不同形态Fe(Ⅲ)、溶解氧、pH等对奥奈达希瓦氏菌MR-1还原Fe(Ⅲ)的影响。结果表明,奥奈达希瓦氏菌MR-1对Fe(Ⅲ)有还原能力,以乙酸盐、乳酸盐和丙酮酸盐作为Fe(Ⅲ)还原的唯一电子供体,Fe(Ⅲ)还原率分别达到39.12%、50.89%和44.98%;以FeCl3、Fe(OH)3和柠檬酸铁等不同形态Fe(Ⅲ)为菌株MR-1的唯一电子受体,Fe(Ⅲ)还原率分别达到44.72%、51.54%和10.45%;溶解氧的存在可抑制Fe(Ⅲ)异化还原;菌株MR-1可在pH 5.0～9.0范围内进行Fe(Ⅲ)还原;两种不同的蛋白质变性剂SDS和OGP作用下的Fe(Ⅲ)还原结果表明,菌株MR-1的Fe(Ⅲ)还原功能蛋白主要位于细胞外膜;同时,投加一定量的单宁酸和焦性没食子酸可提高Fe(Ⅲ)还原率,螯合铁的还原率分别达到76.37%和68.73%。     

生物炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应及作用机制

分别在300、500℃和700℃下制备水稻、小麦和玉米秸秆生物炭,对比以不同类型生物炭为载体制备的炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应,筛选出吸附效果最佳的炭基菌剂。采用扫描电镜、傅里叶红外光谱和比表面积测试仪对生物炭进行表征分析,研究了溶液pH、吸附时间、生物炭添加量和Cr(Ⅵ)初始浓度对炭基SRB吸附Cr(Ⅵ)的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探讨其对Cr(Ⅵ)的吸附过程及作用机制。结果表明:以700℃限氧热解小麦秸秆(XM700)为载体制备的炭基SRB(IBXM700)对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,其最佳吸附条件为pH=5、生物炭添加量0.6 g·100 mL~(-1)、吸附时间24 h、Cr(Ⅵ)的初始浓度100 mg·L~(-1);IBXM700对Cr(Ⅵ)的吸附更符合拟一级动力学,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,其等温吸附符合Langmuir模型,属于单分子层吸附;SRB能还原SO_4~(2-)为S~(2-),或分泌还原酶将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而达到去除目的。研究表明,IBXM700去除Cr(Ⅵ)的主要机制为吸附作用与还原作用。     

我国典型农田土壤中Cr(Ⅵ)的老化过程及主控因子

土壤性质对外源Cr(Ⅵ)的老化具有重要影响。我国土壤类型多样,对Cr(Ⅵ)在不同农田土壤中的老化过程及主控因子的研究尚不完善。本研究采集了我国12种性质不同的农田土壤,采用0.05 mol·L^-1 EDTA作为有效态提取剂,耦合HPLC-ICP-MS联用技术、动力学模型拟合和多元线性回归等手段,探讨了外源Cr(Ⅵ)在老化过程中有效态Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)动态变化过程及主控因子。结果表明,外源Cr(Ⅵ)添加到土壤后起初60 d,土壤中有效态Cr(Ⅵ)从6.71%~68.71%迅速下降到4.53%~45.17%,之后趋势变缓并逐渐平稳(3.25%~34.35%)。二级动力学模型可以较好地描述所有土壤中有效Cr(Ⅵ)的老化过程(R^2>0.99);土壤性质与二级动力学模型中老化速率的逐步回归分析结果表明,土壤pH是控制Cr(Ⅵ)老化速率的主控因子。基于二级动力学模型,推导得出Cr(Ⅵ)进入土壤后的近似老化平衡时间为6~158 d,其主控因子为pH和有机质。此外,Cr(Ⅵ)老化过程中,还原产生的有效态Cr(Ⅲ)在2 d到30 d呈现快速上升,到达最高值(0.27%~3.27%)后迅速下降,最后趋于稳定(0.01%~2.19%),其老化过程可能与Cr(Ⅵ)的还原与老化及Cr(Ⅲ)自身老化有关。     

添加无机碳酸盐对水稻土中Fe(Ⅲ)还原特征的影响

通过添加不同浓度碳酸盐,探讨厌氧泥浆培养过程碳酸盐对6种水稻土Fe(Ⅲ)还原特征的影响。结果表明,添加碳酸盐可显著提高宝坻和东宁水稻土中Fe(Ⅲ)还原潜势及最大反应速率,降低最大反应速率所对应的时间;添加高质量摩尔浓度碳酸盐将显著降低上饶和汉中水稻土的Fe(Ⅲ)还原潜势和最大反应速率;不同质量摩尔浓度碳酸盐对强酸性的奉化水稻土中Fe(Ⅲ)还原潜势没有明显影响,但最大反应速率则表现为先增大后降低的趋势;对于强碱性的松原水稻土表现为Fe(Ⅲ)还原潜势降低,但最大反应速率增大。整体比较,添加碳酸盐对酸性水稻土中氧化铁还原的影响程度低于碱性水稻土。典范对应分析表明,添加碳酸盐增加有机质对Fe(Ⅲ)还原潜势的贡献,降低无定形氧化铁和游离氧化铁对最大反应速率的贡献。Fe(Ⅲ)还原潜势和最大反应速率与土壤有机质质量分数和培养体系pH有密切联系。     

高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ)对有机酸还原Cr(Ⅵ)的影响

通过批式试验研究了高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对草酸、柠檬酸和酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的影响.结果表明,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对3种有机酸还原Cr(Ⅵ) 均有良好的催化作用,其效果大小依次为:草酸、柠檬酸、酒石酸.酒石酸为还原剂,当其初始浓度≤2.0 mmol·L-1时,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的催化作用小显著,但其催化作用随酒石酸初始浓度的增加而明显提高.温度和pH对高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 催化草酸和柠檬酸还原Cr(Ⅵ) 有显著影响,温度越高,反应速率越快;当pH在3.5～4.5范围内,草酸对Cr(Ⅵ) 的还原反应速率随pH的降低而显著升高;然而,柠檬酸对Cr(Ⅵ) 的还原速牢却在pH=4.0时为最快.     

玉米芯活性炭的制备及其对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

利用硫酸作脱水剂制备玉米芯活性炭,并应用于废水中Cr(Ⅵ)的吸附。试验考察了pH对吸附效果的影响、吸附平衡时间的确定、吸附剂的用量和Cr(Ⅵ)的初始浓度对吸附的影响,进而确定用玉米芯制备出的活性炭吸附Cr(Ⅵ)的最优条件。通过动力学吸附模型的考察,玉米芯活性炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型。与FTIR谱图相结合,推断玉米芯经过硫酸碳化后,含氧功能团增加,加强了活性炭将Cr(Ⅵ)还原Cr(Ⅲ)的能力,导致吸附容量增加。玉米芯的低温炭化,对农业废弃物的再利用提供了一个切实可行的思路,对寻找废水中重金属离子的吸附剂具有潜在的现实意义。     

多糖对水稻土中异化Fe(Ⅲ)还原过程的影响

本研究通过土壤泥浆厌氧培养的方法,在水稻土中添加不同质量浓度淀粉和纤维素,探讨多糖作为电子供体对异化Fe(Ⅲ)还原过程的影响。结果表明,在2种水稻土泥浆的厌氧培养过程中,淀粉、纤维素可以促进水稻土中的异化Fe(Ⅲ)还原,其质量浓度在0～20 g/L时,Fe(Ⅱ)最大累积量和速率常数随质量浓度增加而增大,其对土壤中Fe(Ⅲ)氧化物异化还原的促进作用与土壤pH、有机质和无定形铁含量有关。对培养过程中pH与异化铁还原动力学数据的比较发现,在微生物正常生长的pH范围内,较低的pH利于Fe(Ⅲ)的还原。     

纳米Fe2O3光催化还原Cr(Ⅵ)的研究

用纳米Fe2O3悬浮体系成功地进行了光催化还原Cr(Ⅵ)，提出了光催化还原Cr(Ⅵ)的最佳条件，确立了在溶液中H2SO4浓度为0．5mol/dm^3，在质量浓度为80mg/dm^3的50cm^3Cr(Ⅵ)溶液中，催化剂用量为0.2g，光照时间5h，Cr(Ⅵ)的光还原率达87％以上。同时，还探讨了无机离子对光催化还原Cr(Ⅵ)的影响。试验结果表明：纳米Fe2O3光催化还原Cr(Ⅵ)是可行的，符合一级反应速率方程：InC=-0．3623t 3．908。     

硫酸盐作为共存电子受体对微生物Fe(Ⅲ)还原过程的影响

Fe(Ⅲ)和SO42-都是水稻土中主要的电子受体,对厌氧过程中的电子传递起着重要作用。本研究采用土壤浸提液厌氧培养和纯培养的试验方法,探讨了SO42-作为电子竞争受体对不同水稻土微生物群落和铁还原细菌的Fe(Ⅲ)还原过程的影响。土壤浸提液培养试验结果表明,添加SO42-后Fe(Ⅲ)还原受到显著的抑制,Fe(Ⅲ)反应速率随着浓度的增加而降低。随着培养时间延长,Fe(Ⅲ)还原反应依然可以进行,Fe(Ⅱ)最终累积量达到与CK2相同的水平。在利用铁还原菌的纯培养试验中,添加SO42-对供试的四株铁还原菌的Fe(Ⅲ)还原过程并未产生抑制效应,表明铁还原菌本身并不受SO42-的影响。     

Fe(Ⅲ)对不同来源溶解性有机质的光化学活性的影响

为研究水环境中普遍存在的Fe(Ⅲ)对溶解性有机质(DOM)的光化学活性的影响,分别以糠醇(FFA)、对氯苯甲酸(pCBA)和2,4,6-三甲基苯酚(TMP)作为1O2、·OH和3DOM*的分子探针,研究了不同光源和pH条件下,Fe(Ⅲ)对不同DOM产生1O2、·OH的稳态浓度和TMP降解的反应速率的影响。结果表明:汞灯照射下DOM产生活性物种的能力显著高于氙灯照射条件下,说明光强越大,DOM产生的活性物种越多;不同光源和pH条件下,不同DOM产生活性物种的能力是不同的,总体上表现为Suwannee河腐植酸(SRHA)和Suwannee河天然有机物(SRNOM)具有更高的1O2和·OH生成效能,而污水处理厂二级出水有机物(EfOM)具有更高的3DOM*生成效能。低浓度的Fe(Ⅲ)(10μmol·L~(-1))对DOM产生活性物种的能力无显著影响,高浓度的Fe(Ⅲ)(25～50μmol·L~(-1))则会抑制DOM产生活性物种的能力,且随Fe(Ⅲ)浓度的增加,抑制效应增强。DOM/Fe溶液的E2/E3值随Fe(Ⅲ)浓度的增加而逐渐减小,其与单一DOM/Fe体系产生的1O2、·OH的稳态浓度以及TMP的光降解反应速率常数具有正相关关系。在实际水体中,Fe(Ⅲ)的存在可能会抑制DOM的光化学活性,进而抑制水体中有机污染物的光化学转化,导致有机污染物的生态风险提高。     

Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的同时测定和选择性测定

对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的同时测定方法和选择性测定方法进行综述,分析不同测定方法的优缺点,对于Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的研究有重要意义。     

异化Fe(Ⅲ)还原菌及其还原机制的环境意义

异化Fe(Ⅲ)还原菌具有强大的代谢功能和适应恶劣环境的能力,其所具有的还原功能对于环境的生物修复具有重要的意义,在地球生态循环过程中具有举足轻重的作用。厌氧条件下,它可以Fe(Ⅲ)为末端电子受体,还原许多有毒重金属,降解利用有机和无机污染物,对土壤中痕量金属元素和磷的释放产生重要影响,在微生物燃料电池、环境除臭、防止钢铁腐蚀等方面有较好的应用前景和研究价值。当前无论是基础还是应用研究方面,国内微生物异化Fe(Ⅲ)还原菌的相关工作仍近空白。结合国外的最新研究进展,介绍了微生物异化Fe(Ⅲ)还原菌特性、还原机制及其还原的环境意义,旨在引起国内相关人员的重视,加快我国在该领域的研究。     

微生物Fe(Ⅲ)还原过程与磷酸盐质量浓度的关系

【目的】探讨水稻土中微生物Fe(Ⅲ)还原过程与磷酸盐质量浓度之间的关系。【方法】以6种不同来源(吉林永吉、黑龙江东宁、天津宝坻、天津塘沽、四川邛崃和江西南昌)的水稻土为材料,对水稻土浸提液和泥浆进行厌氧培养试验,向培养体系中添加磷酸盐后,使土壤浸提液中磷酸盐质量浓度分别为30.97,61.94,123.88,247.66和371.64mg/L,泥浆培养体系中最终磷含量分别为52,103,206,413和619mg/kg,均以不添加磷酸盐为对照,测定培养期间土壤浸提液和泥浆中Fe(Ⅱ)、有效磷含量的变化。【结果】在土壤浸提液培养试验中,添加30.97mg/L的磷酸盐对微生物Fe(Ⅲ)还原过程有明显促进作用,而高质量浓度(371.64mg/L)磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原具有明显抑制作用;采自江西南昌和四川邛崃的水稻土浸提液中Fe(Ⅲ)还原比较迅速,而采自吉林永吉和天津塘沽的土壤浸提液中Fe(Ⅲ)还原较为缓慢;采自天津宝坻和四川邛崃的土壤浸提液中Fe(Ⅲ)还原微生物对磷酸盐质量浓度的适应范围较大,采自江西南昌、吉林永吉、黑龙江东宁的酸性水稻土浸提液中Fe(Ⅲ)还原微生物对磷酸盐质量浓度变化比较敏感;有效磷质量浓度在不同pH值的土样中表现出不同的变化趋势,采自江西南昌、吉林永吉、黑龙江东宁的酸性土壤浸提液体系中有效磷质量浓度没有明显改变,而采自天津宝坻、四川邛崃、天津塘沽的石灰性土壤浸提液体系中有效磷质量浓度在培养初期呈降低趋势。在泥浆厌氧培养试验中,磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原的影响程度与土壤浸提液的培养试验相比明显减弱,通过Fe(Ⅲ)还原特征参数可以看出,不同磷酸盐处理间仍然存在一定的显著性差异。在酸性水稻土中,被固持的有效磷随Fe(Ⅲ)还原过程的进行被不断释放,有效磷的增加幅度与Fe(Ⅲ)还原能力的排序一致;在碱性水稻土中,加入的磷酸盐在培养前期被大量固定,有效磷含量均明显降低。【结论】厌氧环境中的微生物Fe(Ⅲ)还原过程与磷酸盐质量浓度相互影响,高质量浓度磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原均具有明显的抑制作用。磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原的影响与pH值有关,在酸性条件下,随着Fe(Ⅲ)被微生物还原成Fe(Ⅱ),被吸附的磷得以释放,有效磷质量浓度增加;在碱性条件下,有效磷质量浓度随Fe(Ⅲ)被还原而降低。     

土壤Fe(Ⅲ)异化还原的环境效益

异化Fe(Ⅲ)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe(Ⅲ)作为末端电子受体而获得能量。鉴于土壤Fe(Ⅲ)异化还原是厌氧环境中影响碳、氮、磷及金属元素生物地球化学循环的重要因素,对Fe(Ⅲ)异化还原在环境中的作用进行评述,系统介绍了国内外有关Fe(Ⅲ)还原环境效益的研究现状及其发展趋势。

     

克雷伯氏菌(Klebsiella)Z3的分离鉴定 和对铬(Ⅵ)还原特性研究

从河南某矿渣堆放区土壤中筛选到1株高效还原Cr(Ⅵ)的菌株,经形态观察、生理生化特性鉴定以及16S rRNA核酸序列系统发育分析,该菌株为克雷伯氏菌(Klebsiella),命名为Z3。抗逆分析表明,Z3是1株嗜碱耐盐的好氧菌。通过正交优化试验确定Z3还原Cr(Ⅵ)的最适温度为36℃,最适p H值为9. 0,对70 mg·L-1Cr(Ⅵ)在24 h的还原率高达92%。Cr(Ⅵ)还原动力学分析表明,在静息条件下,Z3对Cr(Ⅵ)的还原呈现零级反应动力学特征;在生长状态下,Z3对Cr(Ⅵ)的还原呈现一级反应动力学特征。     

厌氧环境下Cr(Ⅵ)的微生物还原能力

通过接种土壤微生物的混合培养及土壤泥浆培养试验,测定了厌氧培养过程中C r(Ⅵ)和F e(Ⅱ)浓度的变化,研究了不同浓度铬酸盐的微生物还原能力及不同浓度铬酸盐对水稻土中氧化铁还原的影响。结果表明,由水稻土中提取的微生物虽然能够直接还原C r(Ⅵ),但其还原速率和还原程度有限,且C r(Ⅵ)浓度越高,微生物的还原能力越差;不同来源的土壤微生物对C r(Ⅵ)的还原能力有所差异,其中四川水稻土中微生物对C r(Ⅵ)的还原能力均大于江西水稻土;在厌氧培养的水稻土中,添加的C r(Ⅵ)可以较迅速地还原,其中土壤氧化铁的微生物还原过程对C r(Ⅵ)还原具有明显的促进作用;C r(Ⅵ)的存在导致F e(Ⅱ)生成的时间出现滞后,且C r(Ⅵ)浓度越大生成F e(Ⅱ)的滞后时间越长;F e(Ⅱ)产生滞后的时间与C r(Ⅵ)还原结束的时间具有一致性。     

硫酸盐还原菌修复铬(Ⅵ)污染土壤研究

从含铬污水、活性污泥和铬污染土壤中分离出6株硫酸盐还原菌（sulphate—reducing bacteria，简称SRB），并对它们进行了还原C“Ⅵ）能力的验证试验，研究了利用其中2株菌（Wn-1和Ws-2）修复Cr（Ⅵ）污染土壤的效果。结果表明，分离获得的6株SRB都具有还原Cr（V1）能力，综合分析3个不同初始Cr（Ⅵ）浓度的Cr（Ⅵ）转化率，Wn-1和Ws-2的还原Cr（Ⅵ）能力较强，其次为Ws-1和Wn-2，而Tj和Tg较弱，即从电镀厂污水处理厂污水和活性污泥中分离的菌株Cr（Ⅵ）还原能力较强，而从电镀厂附近土壤和基地铬污染土壤中分离的菌株Cr（Ⅵ）还原能力较差；初始Cr（Ⅵ）浓度过高会抑制硫酸盐还原菌的还原能力；菌株Wn-1和Ws-2都能很好地修复Cr（Ⅵ）污染土壤，但它们的混合菌液修复效果更佳，10d后Cr（Ⅵ）的转化率达75．3％；菌株Wn-1和Ws—2经初步鉴定为脱硫弧菌。